LED光源對(duì)3個(gè)玉簪品種葉片凈光合速率的影響

任倩倩，張京偉，王新語(yǔ)，劉學(xué)慶，張英杰，楊曉芬，孫紀(jì)霞

（1.煙臺(tái)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山東 煙臺(tái) 264005；2.煙臺(tái)市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，山東 煙臺(tái) 265500；3.五洲豐農(nóng)業(yè)科技有限公司，山東 煙臺(tái) 264000）

光在植物的生理生化過程中起著至關(guān)重要的作用。植物組織培養(yǎng)中最常用光源為熒光燈、白熾燈和LED。通過對(duì)熒光燈和白熾燈的利用研究發(fā)現(xiàn)，植物除吸收有效波長(zhǎng)外，還吸收其它無(wú)效波長(zhǎng)。相對(duì)而言，LED可以減少能耗，具有較高的光電轉(zhuǎn)化效率［1］，近幾年已應(yīng)用于非洲菊［2］、紅掌［3］、金線蓮［4］、蝴蝶蘭［5］等花卉的組織培養(yǎng)中，成為組培苗生長(zhǎng)發(fā)育研究的熱點(diǎn)。

玉簪為百合科玉簪屬多年生宿根草本花卉，其葉色豐富、葉形多變、花朵嬌艷，是一種優(yōu)良的花葉共賞且耐陰的地被植物，在城市園林綠化中發(fā)揮著重要作用［6，7］。目前，為解決分株繁殖系數(shù)較低問題，玉簪的規(guī)模化繁育主要采用組織培養(yǎng)方式。然而，組培過程中的一些關(guān)鍵技術(shù)問題，尤其是高效、快速、低能耗的培養(yǎng)體系尚不夠成熟。因此優(yōu)化組培方案，改進(jìn)玉簪生長(zhǎng)、繁殖環(huán)境，進(jìn)而提高組培苗的生長(zhǎng)速率是玉簪屬植物組培育苗的重中之重。楊鎖寧等［8］研究表明，紅光有利于植物生長(zhǎng)，而藍(lán)光抑制莖的伸長(zhǎng)。460 nm左右的藍(lán)光和660 nm左右的紅光是植物最需要的光波，對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育起關(guān)鍵性作用［9］。但玉簪屬植物組培過程中，不同光質(zhì)和光強(qiáng)對(duì)其光合作用的影響尚不明確［10］。基于此，本試驗(yàn)以3個(gè)玉簪品種組培苗為材料，研究五種光質(zhì)及兩種光強(qiáng)對(duì)其凈光合速率的影響，旨在進(jìn)一步明確栽培環(huán)境中光質(zhì)、光強(qiáng)互作條件對(duì)玉簪苗分化、生長(zhǎng)的影響，為玉簪組培苗的快速繁育提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料為繼代4次的玉簪品種‘寵物’（Hosta‘Love Pat’）、‘精毯’（Hosta‘Ground Master’）和‘黃皺葉’（Hosta‘Huangzhouye’）的組培苗。

1.2 試驗(yàn)方法

采用30 W 的LED植物照明燈作為試驗(yàn)光源，光強(qiáng)分別設(shè)置為40 lx和100 lx，不同光質(zhì)處理分別為100%紅光（R）、70%紅光+30%藍(lán)光（7R3B）、50%紅光+50%藍(lán)光（RB）、30%紅光+70%藍(lán)光（3R7B）、100%藍(lán)光（B），以飛利浦T5 28 W 熒光燈（50%紅光+35%綠光+15%藍(lán)光）為對(duì)照（CK），共計(jì)10組處理和2組對(duì)照，部分處理見圖1。光源距瓶口均為20 cm。培養(yǎng)瓶容積100 mL，每瓶放置兩個(gè)芽。每品種處理15瓶，重復(fù)3次。

圖1 40 lx光強(qiáng)條件下不同光質(zhì)配比的LED光源與熒光燈

1.3 凈光合速率的測(cè)定

采用LI-6400便攜式光合儀（LICOR Inc，USA）測(cè)定葉片凈光合速率。于晴天上午8∶00之后，每處理選取植株健壯、葉多且葉面積較大的3棵組培苗，每棵測(cè)量3片葉。儀器采用開放式氣路，每測(cè)量一個(gè)處理設(shè)置一次光質(zhì)配比和光強(qiáng)大小。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2019軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，IBM SPSS 21.0軟件進(jìn)行方差分析，Duncan’s法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 光質(zhì)對(duì)3個(gè)品種玉簪組培苗葉片凈光合速率的影響

5種光質(zhì)處理和對(duì)照在40 lx和100 lx兩種光照強(qiáng)度下玉簪葉片凈光合速率的平均值結(jié)果如表1所示，可知光質(zhì)對(duì)3個(gè)品種玉簪組培苗葉片凈光合速率具有明顯影響，且部分處理間差異顯著（P＜0.05）。其中‘寵物’玉簪葉片凈光合速率對(duì)光質(zhì)的響應(yīng)較為強(qiáng)烈，7R3B處理的凈光合速率最高，達(dá)到1.070μmol/（m2·s），高于對(duì)照12.63%；B處理最低，僅為0.326 μmol/（m2·s），比對(duì)照降低65.68%。不同光質(zhì)對(duì)‘黃皺葉’玉簪葉片凈光合速率的影響也較為明顯，表現(xiàn)為RB處理最高，為1.033μmol/（m2·s），高于對(duì)照8.17%，7R3B處理稍高于對(duì)照，3R7B處理最低，比對(duì)照降低27.85%。‘精毯’玉簪的葉片凈光合速率受光質(zhì)影響小，各處理間差異不顯著，7R3B條件下凈光合速率最高，比對(duì)照高出11.33%，B處理最低，為1.038 μmol/（m2·s），比對(duì)照降低18.91%。由此可見，不同光質(zhì)條件對(duì)‘寵物’玉簪葉片凈光合速率的影響較大，該品種適合作為分析外界光源影響的模式玉簪品種。從不同光質(zhì)對(duì)玉簪組培苗的影響來看，紅光比例較高的復(fù)合光源7R3B比較利于葉片凈光合速率的提升，7R3B處理的‘寵物’和‘精毯’玉簪組培苗的葉片凈光合速率最高，‘黃皺葉’品種的較高。藍(lán)光比例較高則對(duì)葉片凈光合速率具有消極影響。

表1 不同光質(zhì)對(duì)3個(gè)品種玉簪葉片凈光合速率的影響 ［μmol/（m2·s）］

2.2 光強(qiáng)對(duì)3個(gè)品種玉簪組培苗葉片凈光合速率的影響

不同光強(qiáng)條件下，5種光質(zhì)處理及對(duì)照的玉簪葉片凈光合速率平均值結(jié)果如表2所示，可知光強(qiáng)對(duì)3個(gè)玉簪品種的影響與光質(zhì)的影響較為一致：‘寵物’玉簪對(duì)光強(qiáng)較為敏感，而‘精毯’玉簪對(duì)光強(qiáng)不敏感，不同光強(qiáng)條件下無(wú)明顯差異。‘寵物’和黃皺葉’玉簪在100 lx光強(qiáng)下的葉片凈光合速率均顯著高于40 lx。

表2 不同光強(qiáng)對(duì)3個(gè)品種玉簪葉片凈光合速率的影響 ［μmol/（m2·s）］

2.3 光質(zhì)和光強(qiáng)互作對(duì)3個(gè)品種玉簪組培苗葉片凈光合速率的影響

由表3可以看出，‘寵物’玉簪在CK×40 lx處理下的葉片凈光合速率最高，達(dá)到1.541μmol/（m2·s），其次是7R3B×40 lx處理，B×100 lx處理最低，僅為0.309μmol/（m2·s）。‘黃皺葉’玉簪在RB×40 lx處理?xiàng)l件下葉片凈光合速率最高，達(dá)到1.153 μmol/（m2·s），其次是CK×40 lx處理，3R7B×40 lx處理的葉片凈光合速率最低，為0.685μmol/（m2·s）。而‘精毯’玉簪葉片凈光合速率在7R3B×100 lx處理下最高，其次為CK×40 lx處理，RB×100 lx處理下最低。綜上可知，熒光燈光源對(duì)玉簪組培苗葉片凈光合速率的影響優(yōu)于LED光源，其在‘寵物’玉簪上表現(xiàn)的最為明顯。

表3 不同光質(zhì)和光強(qiáng)組合對(duì)3個(gè)品種玉簪葉片凈光合速率的影響 ［μmol/（m2·s）］

由表4可以看出，光質(zhì)和光強(qiáng)互作對(duì)‘寵物’玉簪葉片凈光合速率有極顯著影響（P＜0.01），對(duì)‘黃皺葉’和‘精毯’玉簪有顯著影響（P＜0.05）。

表4 光質(zhì)和光強(qiáng)互作對(duì)3個(gè)品種玉簪葉片凈光合速率影響的方差分析

3 討論與結(jié)論

LED是一種具有高光能利用效率、體積小、穩(wěn)定性強(qiáng)、光譜性能好、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)的新型光源，在植物組織培養(yǎng)中表現(xiàn)出逐漸取代傳統(tǒng)光源的趨勢(shì)［11，12］。LED光源可通過調(diào)整輻射光譜的波段控制紅光、藍(lán)光的比例，使其波段完全處于植物可吸收的范圍，從而使光能完全被植物利用，大大提高生物能效［13］。

除光照強(qiáng)度、光照時(shí)間能夠?qū)χ参锷L(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生影響外，光質(zhì)也是一個(gè)重要影響因子［14］，其對(duì)組培苗的伸長(zhǎng)生長(zhǎng)與生物量積累均具有一定促進(jìn)作用［15］。光合速率的高低是衡量植物生長(zhǎng)的重要指標(biāo)，通常光合速率高的植物能在短時(shí)間內(nèi)快速積累大量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，更有利于植物形態(tài)建成。蒲高斌等［16］研究發(fā)現(xiàn)，紅光、藍(lán)光處理下的番茄光合速率顯著高于對(duì)照與黃光、綠光等處理，說明紅光、藍(lán)光條件下番茄幼苗水分代謝比較旺盛。Kim等［17］發(fā)現(xiàn)菊花凈光合速率在紅藍(lán)復(fù)合光條件下達(dá)到最大，在純藍(lán)光下最低。本試驗(yàn)結(jié)論同樣證實(shí)，不同光質(zhì)比例對(duì)玉簪組培苗的凈光合速率存在明顯影響，‘寵物’、‘精毯’玉簪組培苗的葉片凈光合速率在70%紅光+30%藍(lán)光條件下達(dá)到最高，‘黃皺葉’玉簪則在50%紅光+50%藍(lán)光條件下達(dá)到最高值，‘寵物’、‘精毯’玉簪在純藍(lán)光條件下凈光合速率最低。這與謝苗苗等［18］在研究不同LED光質(zhì)對(duì)礬根組培苗生長(zhǎng)指標(biāo)影響時(shí)得出的結(jié)論一致。而‘黃皺葉’玉簪的葉片凈光合速率在純藍(lán)光條件下較低，在30%紅光+70%藍(lán)光下最低。因此，紅光比例較高的復(fù)合光源比較利于組培苗凈光合速率的提升。這與劉振威［19］、陳星星［20］等分別對(duì)辣椒、白掌的研究結(jié)果較為一致。而藍(lán)光對(duì)于玉簪組培苗的光合作用起到一定的抑制作用，但藍(lán)光的這一作用是否強(qiáng)于黃光、綠光本試驗(yàn)未做證實(shí)。

通過對(duì)光強(qiáng)的研究，本試驗(yàn)得出‘寵物’和‘黃皺葉’玉簪對(duì)光照條件改變較為敏感，‘精毯’玉簪則較為遲鈍。但‘精毯’玉簪在不同光照條件下的葉片凈光合速率均較高，對(duì)光照吸收利用最為有效。當(dāng)然也存在另外一種可能，就是‘精毯’玉簪在光強(qiáng)高于40 lx的凈光合速率處于較高水平，僅在低于40 lx時(shí)才有所降低。與單一因素影響結(jié)果不同的是，光質(zhì)、光強(qiáng)互作對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生不同效果。‘寵物’玉簪組培苗葉片凈光合速率在弱光條件下表現(xiàn)兩個(gè)極端，分別在CK×40 lx和B×40 lx處理時(shí)達(dá)到最高值和最低值。而‘精毯’玉簪則在強(qiáng)光條件下出現(xiàn)生長(zhǎng)極端，分別在7R3B×100 lx與RB×100 lx條件下達(dá)到最高和最低值。同時(shí)，在同一光質(zhì)條件下，‘寵物’和‘精毯’玉簪凈光合速率有一半以上在40 lx下的數(shù)值大于100 lx。這說明高光強(qiáng)有時(shí)反而不利于植物生長(zhǎng)，可能在促進(jìn)植物生根的同時(shí)降低了植物光合作用，或是促進(jìn)植物某些初級(jí)代謝產(chǎn)物積累的同時(shí)降低了次級(jí)代謝產(chǎn)物的積累［21］。

綜上，本研究得出‘精毯’玉簪的葉片凈光合速率明顯高于其它兩個(gè)品種，進(jìn)一步說明‘精毯’玉簪對(duì)于不同光照條件的吸收利用最為高效；低強(qiáng)度的LED燈對(duì)‘寵物’和‘黃皺葉’玉簪品種凈光合速率較為有利。因此，低強(qiáng)度的LED燈對(duì)玉簪品種的擴(kuò)繁、生產(chǎn)最為節(jié)能和高效。